纯电动汽车热泵空调系统特性研究

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纯电动公交车热泵型空调系统设计与实验研究

纯电动公交车热泵型空调系统设计与实验研究

纯电动公交车热泵型空调系统设计与实验研究张伟;李红旗;郑新【摘要】A heat pump air conditioning system is designed for pure electric bus, and its operating characteristics are studied. The cooling/heating capacity, the coefficient of performance (COP)/EER and the exhaust temperature varied with the ambient temperature, the compressor speed and the wind speed are analyzed. The results show that the heat pump air-conditioner system designed in this paper has better cooling/heating performance; the COP is highest when the speed of compressor is2700r/min in refrigeration conditions, but the EER is lower with the speed increases in heating conditions. In heating conditions, when the speed of outdoor fan is increaser, the EER is lower, so the lower speed of outdoor fan is more conducive to energy-saving.%针对纯电动公交车设计了一套热泵型空调系统,并对其运行特性进行了实验研究,分析了环境温度、压缩机转速和室内外风速对制冷/制热量、COP/EER和排气温度的影响.研究结果表明,设计的热泵型空调系统具有较好的制冷/制热性能,在制冷工况转速为2700r/min时COP最高,而制热工况下EER随转速增加而减小.在制热工况下,EER随室外风机转速增加而降低,因此较低的室外风机转速更有利于系统的节能.【期刊名称】《制冷与空调(四川)》【年(卷),期】2017(031)002【总页数】5页(P118-121,129)【关键词】纯电动公交车;热泵空调;实验研究【作者】张伟;李红旗;郑新【作者单位】北京工业大学环境与能源工程学院北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院北京 100124【正文语种】中文【中图分类】TB61随着节能减排任务的推进和雾霾天气的突显,汽车尾气排放对城市环境的污染已倍受关注。

纯电动汽车用低温热泵型空调系统性能研究

纯电动汽车用低温热泵型空调系统性能研究

纯电动汽车用低温热泵型空调系统性能研究由于纯电动汽车无发动机冷却热源用于冬季车内供热,开发冷暖两用的热泵型空调系统,已成为当前纯电动汽车空调系统开发亟待解决的关键技术。

本文基于准双级压缩循环原理,结合工质R134a的低温特性和系统设备的结构特点,提出了纯电动汽车用低温热泵型空调系统,解决了R134a热泵空调系统低温环境工况下高效可靠供热运行技术,为开发适合纯电动汽车的高效热泵空调系统提供了可行的技术方法。

研究成果包括以下几个方面:(1)建立了纯电动汽车用低温热泵型空调系统数学模型。

包含混气型涡旋式电动压缩机、车外换热器(冷凝器)、车内换热器(蒸发器)、电子膨胀阀、混气换热器(中间换热器)以及循环工质R134a热物性参数数学模型,并根据系统各个部件之间的耦合性能,形成预测该系统性能的系统数学模型。

模拟分析了车外环境温度、混气比率等因素对纯电动汽车用低温热泵型空调系统运行特性的影响。

模拟结果与实验结果对比,二者变化趋势相同,吻合较好。

(2)设计了纯电动汽车用低温热泵型空调系统。

该系统可根据运行工况和实际需要实现中压补气和低压混气两种热泵供热循环技术,可实现不同工况下对电动汽车制冷、制热、车外换热器除霜等多种基本工作模式,通过压缩机降温增效混气系统和辅助电加热器使该系统能够在室外-20℃超低温环境温度下高效稳定地进行制热循环。

(3)设计并搭建了纯电动汽车用低温热泵型空调系统性能实验平台。

通过该实验台分别完成了电动汽车制冷、普通制热、低温制热和车外换热器除霜等基本工作模式下系统的性能实验。

实验研究结果表明:低温工况下压缩机排气温度显著降低,当车外环境温度为-20℃时仍正常运行,压缩机排气温度可有效控制在80℃以下,解决了非混气热泵循环排气温度过高无法正常工作的情况;系统制热量明显提升,在车外环境温度为10℃时,非混气热泵空调系统制热量为4200W左右,混气型低温热泵空调系统制热量在5300W左右,制热量提高了20%以上;系统低温工况运行效率较高,在车外环境温度为-20℃时,系统COP达1.5左右,高于电加热供热、热电半导体供热等其他供热方式。

新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究

新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究

汽 车 工 程Automotive Engineering 2020年(第42卷)第12期2020(Vol.42)No.12doi :10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.12.018新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究**天津市科技支撑重点项目(20YFZCGX00580)、江苏省常州市科技项目(CQ20200020)和中国汽车技术研究中心培育项目(19201209)资助。

原稿收到日期为2020年5月21日,修改稿收到日期为2020年6月29日。

通信作者:汪琳琳,高级工程师,博士,E-mail :wanglinlin@ 。

汪琳琳1,2,焦鹏飞2,王 伟2,伊虎城2,牟连嵩2,刘双喜2,许 翔3(1.天津大学机械工程学院,天津 300072; 2.中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司,天津 300300;3.中汽研(常州)汽车工程研究院有限公司,常州213164)[摘要]为提高电动汽车的能源经济性,减少低温制热性能衰减问题,提岀并分析对比了 3种用于低温环境的热泵空调系统解决方案:(1)余热回收利用:回收利用电池、电机和电控系统的余热,提高热泵空调系统性能的同时,优化整车的能量消耗。

(2)蒸汽喷射热泵空调系统:对R1234yf 制冷剂的蒸汽喷射热泵空调系统进行了试验研 究。

结果表明,开蒸汽喷射比不开蒸汽喷射时的热泵系统的制热COP 约高10%〜30%,环境温度越低,制热COP 改善越明显。

(3)CO 2制冷剂热泵空调系统:研究显示由于CO 2制冷剂的特性,热泵系统可在环境温度-20 t 稳定有 效地采暖。

得岀的结论是,目前利用蒸汽喷射热泵空调系统是解决新能源电动汽车低温采暖的有效手段,而在未 来,使用自然制冷剂CO 2是必然趋势。

关键词:电动汽车;低温热泵;R1234yf ;余热回收;蒸汽喷射;CO 2Research on Low Temperature Heat Pump Air Conditioning System inNew Energy Electric VehicleWang Linlin 1,2, Jiao Pengfei 2, Wang Wei 2, Yi Hucheng 2, Mu Liansong 2, Liu Shuangxi 2 & Xu Xiang 31. School of Mechanical Engineering , Tianjin University , Tianjin 300072 ;2. CATARC ( Tianjin) Automotive Engineering Research Institute Co. , Ltd. , Tianjin 300300;3. CATARC ( Changzhou ) Automotive Engineering Rerearch Institute Co. , Ltd. , Changzhou 213164[ Abstract ] In order to enhance the energy economy of electric vehicles and reduce the degradation of low-temperature heating performance , three solutions of heat pump air conditioning system in low temperature environ ­ment are proposed and comparatively analyzed : (1) waste heat recovery and utilization : the waste heat of battery , motor and electric control system is recovered and utilized , optimizing the energy consumption of vehicle while im ­proving the performance of heat pump air conditioning system ; ( 2) vapor-injection heat pump air conditioning sys ­tem : experimental study is conducted on heat pump air conditioning system using R1234yf refrigerant , and the re ­sults show that the heat generating COP with vapor injection is about 10% 〜30% higher than that without vapor in ­jection. The lower the ambient temperature , the more obvious the improvement of COP ;( 3) heat pump air condi ­tioning system with CO 2 refrigerant : researches indicate that due to the characteristics of CO 2 refrigerant , heat pumpsystem can provide stable and effective heating at an ambient temperature of - 20 兀.So a conclusion is drawn thatat present , vapor injection heat pump air conditioning system is an effective mean for the low temperature heating in electric vehicles , while in the future , the use of natural refrigerant CO 2 will be the inevitable trend.Keywords : electric vehicle ; low temperature heat pump ; R1234yf ; waste heat recovery ; vapor injec-tion ; CO 22020(Vol.42)No.12汪琳琳,等:新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究-1745-前言随着大气污染日益加重和电动化技术快速发展,新能源汽车取代传统燃油汽车已是大势所趋。

大众ID.4智能空调和热泵系统解析(上)

大众ID.4智能空调和热泵系统解析(上)

大众ID.4纯电动汽车的智能空调和热泵系统使用电动空调压缩机,一汽大众ID.4 CROZZ和上汽大众ID.4 X标准版空调都使用R134a制冷剂,选装版热泵空调使用二氧化碳R744制冷剂。

由于R134a是目前国内汽车空调应用最广泛的氢氟碳化物制冷剂,全球升温潜能值(GWP)高达1 430,对其进行削减替代是实现碳达峰、碳中和等目标的关键步骤,主要替代品是二氧化碳R744或R1234yf等制冷剂。

制冷剂的型号铭牌位于前机舱内,R134a制冷剂型号铭牌位置如图1所示,二氧化碳R744制冷剂型号铭牌位置如图2所示。

1-冷冻机油名称;2-制冷剂名称;3制冷剂加注量。

图1 R134a制冷剂的型号铭牌位置1-冷冻机油名称;2-制冷剂名称;3-制冷剂加注量。

图2 二氧化碳R744制冷剂的型号铭牌位置本文主要介绍汽车空调原理、制冷剂特性、智能空调控制系统、R134a/R744暖风和空调装置、带动力电池冷却系统的制冷剂循环回路、制冷剂R744的热泵、空调装置运行模式、热泵模式等八部分内容。

一、汽车空调原理大众ID.4标准版空调和动力电池冷却系统,空调制冷使用R134a制冷剂,带动力电池冷却系统的循环回路,如图3所示。

优化续航里程的车型选装热泵空调,使用二氧化碳R744制冷剂,带动力电池冷却系统的循环回路。

热泵系统通过管路和阀门实现反向转换,实现车内采暖,在热泵采暖模式时,冷凝器发挥蒸发器的作用,而蒸发器发挥冷凝器的作用,如图4和图5所示。

在低温采暖工况下,使用二氧化碳R744热泵系统比高压加热器PTC采暖提升了约30%的续航里程。

文/北京 冯永忠图3 R134a空调制冷原理图图4 二氧化碳R744热泵空调制冷原理图二、制冷剂特性不同种类制冷剂的特性列于表1。

二氧化碳是热泵中的制冷剂。

二氧化碳的化学式是CO2,存在于我们周围的空气中,不会损害地球的臭氧层。

当用作制冷剂时,二氧化碳称为制冷剂R744。

使用二氧化碳R744制冷剂的空调系统的工作压力约为传统制冷剂的10倍。

浅析纯电动汽车热泵空调系统

浅析纯电动汽车热泵空调系统

受世界能源危机和环境污染的影响以及电动汽车污染小、噪声 低的特点,电动汽车逐渐成为人们代步工具的主要选择对象。据统计 2016年我国新能源汽车产销量均突破50万辆,2017年产量达到79万 辆。本文主要研究了热泵空调系统在电动汽车上的应用及发展。
1 纯电动汽车空调系统发展现状
传统燃油汽车的空调系统主要由两部分组成,制冷系统采用的是 由发动机提供动力的蒸汽压缩式制冷,制热系统主要是通过将冷却液 的热量引入到车内。纯电动汽车夏季制冷时,空调压缩机是由电动机 来驱动的,然而冬季没有发动机余热,所以需要其他的方法来解决供 暖问题。由于纯电动汽车与传统燃油汽车能量来源不同,纯电动汽车 空调系统主要存在以下几种方案。 1.1 蒸汽压缩式制冷+PTC电加热供暖系统
纯电动汽车在工作过程中,利用变频器、电机、电池等元件产 生的热量对车内进行加热。研究表明此种模式下产生的温度在50℃左 右,普通制热情况下能够基本满足乘车需要,但在较低的温度下很难 为车内提供做够的热量。因此这种方案只能作为辅助制热。 1.3 半导体式制冷/制热空调系统
半导体式制冷/制热空调系统利用特种半导体材料构成的P-N结, 形成热电偶对,产生珀尔帖效应[2]。
浅析纯电动汽车热泵空调系统
朱永存、:汽车空调系统能够为乘客或室内作业人员提供舒适的乘坐环境,是汽车上的重要组成部分。但是对于纯电动汽车来说,空调系统无论制冷还是制热都需要 消耗大部分电量,严重影响汽车的行驶里程。本文简单介绍了目前纯电动汽车上的空调系统,重点分析了热泵空调系统的优势,以及分析了热泵空调系统未来的 发展趋势。 关键词:热泵空调系统;优势;发展趋势 中图分类号:F407.471 文献标示码: A
环可逆转的特点,集制冷与制热为一体,具有结构紧凑、高效、环保 等优点,成为了国内外专家在电动汽车空调系统方面研究的热点。该 系统制冷效果良好,制暖效果会随着外界温度的变化而变化,制暖效 果有待提高。

电动汽车用余热回收型热泵空调系统的实验研究

电动汽车用余热回收型热泵空调系统的实验研究
-174- 科学技术创新 2021.21
电动汽车用余热回收型热泵空调系统的实验研究
李杰 渊 艾泰斯热系统研发渊 上海冤 有限公司袁上海 201108冤
摘 要院本文设计开发了一种具有余热回收功能的电动车用热泵空调系统袁并通过实车管路状态的系统台架搭建袁在焓差实
验室进行了性能测试遥 实验结果表明院相较于基准空调系统中 PTC 电加热制热方式袁除雾模式余热回收型热泵系统可节能 86%以
气污染物[4]遥 辽宁沈阳结合得天独厚的水文地质特点优势袁经过 科学分析袁大力发展水源热泵技术袁在推广水源热泵应用方面 走在了全国的前列[5]遥 本文通过调取数据资料与走访调查等方 式对该校区 201 7 年之前供暖系统存在的问题进行了分析袁并结 合当前该校区的实际情况设计出了地源热泵改造方案袁为中国 北方地区高校供暖系统改造提供了参考价值遥
整车热管理系统冷却液回路尧制冷剂回路和空气侧回路的有机 结合遥
本文在总结国内外现有研究成果的基础上袁设计了一种余 热回收型热泵空调系统遥 该系统通过冷却液回路和制冷剂回路 的合理设计袁将电池尧电机和电控系统的热量与乘客舱的采暖 需求匹配耦合袁实现了空调系统不同模式在不同环境温度下的 余热回收遥 本文搭建了实车管路状态的系统台架袁并通过实验 设计对该系统进行了性能测试袁最终将实验结果与无余热回收 功能的电动汽车用空调系统进行对比遥
1 余热回收热泵空调系统设计 1 .1 基准空调系统设计 基于普通电动汽车的空调系统袁其制冷模式尧除雾模式和 制热模式的系统架构遥 其中制冷模式与传统燃油车制冷类似袁 利用压缩机的蒸气压缩循环使制冷剂在蒸发器内蒸发吸热袁达 到乘客舱制冷的效果曰制热模式需要利用高压电加热器 PTC袁额 外将电能转换成热能袁达到乘客舱制热的效果曰除雾模式则是 制冷模式和制热模式的结合袁蒸发器负责制冷除湿袁PTC 负责加 热回温提高乘客舱的送风温度遥 1 .2 余热回收型空调系统设计 空调系统中的空调箱 H V A C 增加内置冷凝器袁用于热泵制 热循环袁可利用制冷剂在内部冷凝器内冷凝放热实现乘客舱加 热遥 此时系统制热量等于外部换热器的吸热量加上压缩机耗 功袁制热 CO P 大于 1 袁可有效降低采暖能耗遥 另外袁内置冷凝器 仅用于制热的功用袁 实现了空调系统中制冷 /制热换热器的分 离遥 因为在传统热泵空调系统中制冷 /制热共用换热器袁依靠四 通换向阀切换散热与吸热袁制冷模式切换为制热模式时袁空调 箱内部换热器表面的冷凝水会急速蒸发雾化在前挡风玻璃上袁 严重影响行车安全遥 此系统中制冷模式的运行与基准空调系统的类似袁利用压 缩机的蒸气压缩循环使制冷剂在蒸发器内蒸发吸热袁达到乘客 舱制冷的效果遥 然而余热回收型热泵的除雾模式大大区别于基 准空调系统的除雾模式袁进入空调箱的空气被蒸发器制冷除湿 后袁可利用内部冷凝器的冷凝热加热回温袁此时空调系统的冷 凝热取代了高压 PTC 的电加热功率袁在该模式下可极大的削减 空调系统的能耗袁实现节能高效运行遥 此外袁制热模式的余热回收方式包含间接余热回收和直接 余热回收遥 间接余热回收电机电池冷却液回路通过低温水箱 LTR 将热量释放到环境中袁 提升室外换热器的空气侧进风温 度曰直接余热回收电机电池冷却液回路的热量被 chiller 吸收袁改

纯电动汽车热泵空调系统的设计与实验研究

纯电动汽车热泵空调系统的设计与实验研究
Design and Experim ent of H eat Pum p Air·—-conditioning System For Electric Vehicle
LI Yanfeng, SHI Jing, CHENG Xun, LIANG Zhiwei (School of mechanical and power engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 45400,Henan,China)
Takahisa Suzuki和 Katsuya Ishii 为 电 动 汽 车 开发 了 以 R134a为 工 质 的 热 泵 空 调 系 统 ,其 风 道 内安装 了两 个换 热 器 ,可 以实现 制 冷 、制热 、除霜 三种 模 式下 切换 ,该 系 统在 较低 环境 温度 下 制热 能 效 比可 达 2.3。
Abstract: In this paper, a cooling and heating dual— mode heat pump air— conditioning system based on the vapor — compression cycle is designed for pure electric vehicles, then in the different environmental temperatures , the heating capacity and heating efficiency of the system are tested, which is compared with PTC heating by exper i— ments.The results showed that when the ambient temperature is lower,the pressure in the pipeline , the heating capacity and the heating eficiency are lower too, but the heating ef iciency of heat pump is higher than that of PTC.The heat pump air— conditioning system is feasible to be applied in the electr ic vehicle。 K ey words: Pure electric vehicle; Heat pump air— conditioning; Heating ef i ciency; Exper imental research

新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究

新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究

新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究作者:***来源:《专用汽车》2024年第07期摘要:随着电动化技术的快速发展,新能源汽车已经逐渐取代传统的燃油汽车,并且成为当今社会发展的主流。

但是新能源电动车在冬天使用电热采暖技术消耗能量很大,直接影响其经济性能,且会减小其续航里程。

为保障电动汽车能源的经济性,可以采用热泵空调系统进行采暖,不仅能有效减少低温制热性能衰减的问题,而且可以达到延长汽车续航里程的效果,因此该类系统成为降低新能源电动汽车能耗的关键手段。

据此,主要聚焦新能源电动汽车低温热泵型空调系统,通过实验和模拟分析,探讨其工作原理、性能优化及关键部件设计。

结果表明,该系统能有效提升低温环境下的空调效果,降低能源消耗,有利于推动新能源汽车技术发展。

关键词:新能源;电动汽车;低温热泵;空调系统中图分类号:U469.7 收稿日期:2024-05-14DOI:1019999/jcnki1004-02262024070201 新能源电动汽车低温热泵型空调系统性能新能源电动汽车低温热泵型空调系统,一般是建立在热泵原理的基础上而研发的,它能促进电动汽车外部低品位热能的转化,使其成为高品位热能的形式,再将其传输到车体的内部,能够实现对车体内部温度的合理调节。

此类系统可以帮助新能源电动汽车减少对能源的损耗,充分发挥其能效,有利于提高产品的续航能力。

对新能源电动汽车低温热泵型空调系统性能进行研究时,可以模拟电动汽车环境实验舱,并借助一台热泵型电动汽车空调系统,在调整实验舱内部温度和湿度时,利用不同的设定值,再将热泵型电动汽车空调系统启动,对其制热、制冷、除湿等多方面的性能表现予以观察[1]。

结果显示,在制热和制冷两种模式下,新能源电动汽车低温热泵型空调系统的性能良好。

以制冷模式为例,随着实验舱温度的下降,从35 ℃降至25 ℃,此时系统的能效比为2.1;在制热模式下,随着实验舱温度的上升,从15 ℃升到达25 ℃,此时系统的能效比为2.3。

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本文针对纯电动汽车热泵空调系统进行了理论模型仿真与试验 研究。主要研究内容及成果如下:(1)对电机电池的温度特性进 行研究,对整车热负荷进行研究与计算。
(2)建立纯电动汽车热泵系统及其主要零部件的稳态仿真模型, 并进行精度验证,换热量平均相对误差均±15%以内,符合精度要 求,该模型可用于稳态工况点的性能预测与分析。(3)考虑冬季 室外换热器结霜与换热能力问题,对微通道平行流换热器与小管 径翅片管换热器进动汽车由于具有低噪声,低排放,高能效等优点,在全球环境 持续恶劣,能源危机日益严重的环境下成为国内外研究的热点。 相比于传统燃油车,纯电动汽车冬季无法利用发动机余热进行制 热采暖,需设计集制冷与制热双向运行的热泵型空调系统;需同 时兼顾电池冷却与电机余热回收;考虑电动车的续航里程,其热 泵空调系统更关注于能效比。
(5)对整车进行试验研究,在不同环境温度下运行30分钟,制热模 式系统制热量最大为4901W,COP最大为1.86;制冷模式系统制冷 量为5336W,COP为1.6,均满足系统需求。
分别进行稳态模型建立与实验结果对比,平行流换热器换热能力 优于小管径翅片管换热器,作为冷凝器时换热量提升3%-8%,作为 蒸发器时提升11.5%-17.5%。(4)设计并搭建纯电动汽车热泵系 统台架。
为了探究热泵系统性能,进行变工况系统试验,包括最佳制冷剂 充注量试验研究,最佳膨胀阀的开度试验研究,制冷性能试验研 究,制热性能实验研究以及变车速试验研究。结果表明关闭电机 模拟热回路,系统最佳充注量为660g,打开该回路,系统最佳充注 量为800g;不论制冷与制热工况,均存在一个最佳膨胀阀的开度 使得系统获得最佳COP;对电机余热回收的热泵系统能显著地提 高系统制热量和COP;换热能力随迎面车速的增加而增加,同时系 统压缩机功率下降,COP会大幅增加。
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